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문제 정의
- 본 연구는 선행연구와 시공 현장에 적합한 내용을 종합하여, 현장에서 사용 가능한 유지류에 대한 방수 성능을 검토하였다. 천연유지류 3종과 오일스테인 2종에 대해 목재의 방향별, 시간 경과 및 유지류의 중탕 여부에 따른 방수성능을 비교하였다.
- 유지류 코팅을 실시하는 시공 현장에서 유지류의 흡수율을 증가시키기 위해 중탕하여 사용하는 점을 확인하였다. 이에 유지류 5종을 60℃로 중탕하여 도포하여 방수 성능을 평가하였으며(Figure 7), 방수 성능 평가는 앞서 언급한 방법과 동일하다.
제안 방법
- 공시목재의 사용은 2012년 9월에 1차로 방수성을 평가하였으며, 약 2년 동안 실험실에서 자연건조 조건으로 추가 컨티셔닝(Additional Indoor Conditioning, 이하 AIC라함)을 실시하여 2014년 9월에 추가실험을 실시하였다. 공시목재는 실험에 앞서 항온항습기(20℃, 60%)에 충분한 시간 보관하였으며, 전건중량대비 함수율은 12.0%, 평균연륜폭은 5mm이며, 무결점 부분을 선택하여 흡수실험을 실시하였다.
- 국내 목조건축물에 가장 많이 사용되는 국내산 소나무(Pinus densiflora)를 강원도 태백에서 건조 이후 제공받아 공시재료로 사용하였다. 공시목재의 사용은 2012년 9월에 1차로 방수성을 평가하였으며, 약 2년 동안 실험실에서 자연건조 조건으로 추가 컨티셔닝(Additional Indoor Conditioning, 이하 AIC라함)을 실시하여 2014년 9월에 추가실험을 실시하였다. 공시목재는 실험에 앞서 항온항습기(20℃, 60%)에 충분한 시간 보관하였으며, 전건중량대비 함수율은 12.
- 목재의 섬유방향 유지류 코팅 방수 성능은 대조군의 흡수량(R1)과 실험군의 흡수량(R2)을 넣어 계산하여 평가하였다. 천연유지류의 경우 수분 흡수량은 평균 0.
- 섬유직교방향 대조군의 수분 흡수량은 섬유방향의 약 5.6% 정도로 낮게 나타났으며, 이에 흡수량은 10-3g/cm2까지 계산하여 비교하였다. 섬유직교방향의 천연유지류 코팅에 따른 수분 흡수량은 평균 0.
- 섬유방향 실험을 위한 시편은 횡단면이 드러나는 실험면과 그 반대면을 제외한 둘레방향 4면을 코팅하였다(Figure 1). 섬유직교방향 방수성 평가는 선행연구에서 수행되었던 방법을 참조하였으며(Lee et al., 2002), 섬유방향과 동일한 시편을 횡단면 2면을 코팅하여 시편을 제작하였다(Figure 2).
- 섬유직교방향 방수성 평가는 유지류 코팅제를 30mm x100mm 시험면(둘레 4면)에 유지류 코팅을 하였으며, 섬유 방향 실험과 동일한 방법으로 흡수량을 비교하였다(Figure 6). 유지류 코팅제의 종류에 따라 시편은 5배수 제작하였으며, 측정 범위는 치수 10-2 mm, 중량 10-2 g 까지 측정하여 계산하였다.
- 이 과정을 3회 반복하여 시편을 제작하였다(Figure 3, Table 3). 섬유직교방향의 경우 붓으로 충분히 칠하고 닦아내기를 5회 반복한 이후에 7일 동안 건조하였으며, 이 과정을 섬유방향과 마찬가지로 3회 반복하여 시편을 제작하였다(Figure 4, Table 4). 건조 기간의 산정은 선행연구에서 사용된 지촉법을 사용하였으며(Kim and Hong, 2000), 가장 늦게 건조되는 들기름을 기준으로 건조 기간을 7일로 산정하였다.
- 섬유방향 목재의 방수성 평가는 KS F2204 『목재의 흡수량 측정 방법』을 참고하여 실험하였으며, 30 mm x 30mm 시험면(횡단면)을 25℃ 증류수에 24시간 침적하여 수분 흡수량을 측정하여 비교하였다(Figure 5). 수분 흡수량은 침지 완료 후의 시편 중량(W1, 단위 g)에서 유지류 코팅 후의 시편의 중량(W2, 단위 g)을 빼고, 흡수면의 총면적(A, 단위 cm2)으로 나눠서 계산하였다.
- 시편은 5배수로 제작하였으며, 측정 범위는 치수 10-2 mm, 중량 10-2 g 까지 측정하여 계산하였다.
- 약 2년 동안 AIC하여 발생한 건조결함을 확인하기 위해, 대조군의 방수 성능 실험을 반복하여 건조결함을 확인하였다. 대조군 평균 수분 흡수량에 약 3~4배에 달하는 시료는 전체시의 약 28.
- 유지류 코팅은 시공 현장에서 사용하는 방법을 준용하고자 하였으나, 코팅의 정도를 정량적으로 판단하기 어려기 때문에 충분히 코팅될 수 있도록 고안한 방법으로 처리하였다. 섬유방향에 대해서는 2~3초 동안 실험면을 유지류에 침적하여 닦아내기를 5회 반복한 이후에 7일 동안 건조하였다.
- 섬유직교방향 방수성 평가는 유지류 코팅제를 30mm x100mm 시험면(둘레 4면)에 유지류 코팅을 하였으며, 섬유 방향 실험과 동일한 방법으로 흡수량을 비교하였다(Figure 6). 유지류 코팅제의 종류에 따라 시편은 5배수 제작하였으며, 측정 범위는 치수 10-2 mm, 중량 10-2 g 까지 측정하여 계산하였다.
- 제작된 시편은 2년 동안 AIC한 목재를 5배수로 제작하였으며, 측정 범위는 치수 10-2mm, 중량 10-2 g 까지 측정하여 계산하였다. 이 결과는 앞서 실험한 유지류를 중탕하지 않고 AIC한 목재에 도포한 실험군과 비교하여 검토하였다.
- 이에 목재 시편을 제작하는 과정에서 발생한 건조결함이 실험 결과에 영향을 주는 것으로 판단하여, 대조군의 반복실험을 통해 약 10%의 시료에서 건조결함이 크게 발생하여 실험에 영향을 주는 것으로 판단했다. 이에 섬유방향의 실험에서 대조군의 흡수량보다 높게 나타나는 시편에 대해서는 반복실험을 통해 결과를 보정하였다.
- 목재에 발생한 건조결함은 유지류 코팅의 방수 성능에 영향을 줄 것으로 판단된다. 이에 앞서 실험한 동일한 목재를 2년 동안 AIC하여 섬유방향의 방수성을 평가하였으며, 방수성 평가는 앞서 언급한 방법과 동일하다. 시편은 5배수로 제작하였으며, 측정 범위는 치수 10-2 mm, 중량 10-2 g 까지 측정하여 계산하였다.
- 유지류 코팅을 실시하는 시공 현장에서 유지류의 흡수율을 증가시키기 위해 중탕하여 사용하는 점을 확인하였다. 이에 유지류 5종을 60℃로 중탕하여 도포하여 방수 성능을 평가하였으며(Figure 7), 방수 성능 평가는 앞서 언급한 방법과 동일하다. 제작된 시편은 2년 동안 AIC한 목재를 5배수로 제작하였으며, 측정 범위는 치수 10-2mm, 중량 10-2 g 까지 측정하여 계산하였다.
- 제작된 시편은 2년 동안 AIC한 목재를 5배수로 제작하였으며, 측정 범위는 치수 10-2mm, 중량 10-2 g 까지 측정하여 계산하였다.
- 본 연구는 선행연구와 시공 현장에 적합한 내용을 종합하여, 현장에서 사용 가능한 유지류에 대한 방수 성능을 검토하였다. 천연유지류 3종과 오일스테인 2종에 대해 목재의 방향별, 시간 경과 및 유지류의 중탕 여부에 따른 방수성능을 비교하였다.
- 실험 규격은 KS F2204 「목재의 흡수량 측정 방법」을 참조하였으며, 100mm(L, 길이방향) × 30mm × 30mm로 두면을 곧은결 단면인 직육면체로 하였다. 횡단면은 벨트센더(Belt Sanding Machine, #400)로 연삭하였으며, 방사 및 접선방향은 대패질하여 가공하였다.
대상 데이터
- 국내 목조건축물에 가장 많이 사용되는 국내산 소나무(Pinus densiflora)를 강원도 태백에서 건조 이후 제공받아 공시재료로 사용하였다. 공시목재의 사용은 2012년 9월에 1차로 방수성을 평가하였으며, 약 2년 동안 실험실에서 자연건조 조건으로 추가 컨티셔닝(Additional Indoor Conditioning, 이하 AIC라함)을 실시하여 2014년 9월에 추가실험을 실시하였다.
- 목조건축물에 사용 가능한 유지류 코팅제의 선택은 현장에서 구입이 용이한 기성품으로 제조된 유지류 5종을 선정하였다. 실험에 사용된 천연 유지류는 들기름(D사), 아마인유(S사), 동유(L사) 3종을 선정하였으며, 오일스테인은 현장에서 많이 사용되는 것으로 알려진 2종(B사, S사)을 선정하였다(Table 1).
- 유지류 코팅에 의한 방수성 평가를 위해, 공시목재의 실험면을 제외한 면은 유성방수페인트를 3회 칠하여 수분으로부터 완전히 차단하였다. 섬유방향 실험을 위한 시편은 횡단면이 드러나는 실험면과 그 반대면을 제외한 둘레방향 4면을 코팅하였다(Figure 1). 섬유직교방향 방수성 평가는 선행연구에서 수행되었던 방법을 참조하였으며(Lee et al.
- 실험에 사용된 천연 유지류는 들기름(D사), 아마인유(S사), 동유(L사) 3종을 선정하였으며, 오일스테인은 현장에서 많이 사용되는 것으로 알려진 2종(B사, S사)을 선정하였다(Table 1). 실험에 사용된 들기름은 선행연구를 통해 볶은 들기름의 문제가 보고된 바 있어(Kim and Hong, 2000), D사의 볶지 않은 들기름을 사용하였다. 실험에 사용된 유지류는 메스실린더와 실험용 저울을 이용하여 밀도를 측정하였으며, 그 값은 Table 2로 나타냈다.
- 실험에 사용된 들기름은 선행연구를 통해 볶은 들기름의 문제가 보고된 바 있어(Kim and Hong, 2000), D사의 볶지 않은 들기름을 사용하였다. 실험에 사용된 유지류는 메스실린더와 실험용 저울을 이용하여 밀도를 측정하였으며, 그 값은 Table 2로 나타냈다.
- 목조건축물에 사용 가능한 유지류 코팅제의 선택은 현장에서 구입이 용이한 기성품으로 제조된 유지류 5종을 선정하였다. 실험에 사용된 천연 유지류는 들기름(D사), 아마인유(S사), 동유(L사) 3종을 선정하였으며, 오일스테인은 현장에서 많이 사용되는 것으로 알려진 2종(B사, S사)을 선정하였다(Table 1). 실험에 사용된 들기름은 선행연구를 통해 볶은 들기름의 문제가 보고된 바 있어(Kim and Hong, 2000), D사의 볶지 않은 들기름을 사용하였다.
이론/모형
- 섬유직교방향의 경우 붓으로 충분히 칠하고 닦아내기를 5회 반복한 이후에 7일 동안 건조하였으며, 이 과정을 섬유방향과 마찬가지로 3회 반복하여 시편을 제작하였다(Figure 4, Table 4). 건조 기간의 산정은 선행연구에서 사용된 지촉법을 사용하였으며(Kim and Hong, 2000), 가장 늦게 건조되는 들기름을 기준으로 건조 기간을 7일로 산정하였다.
- 섬유방향 목재의 방수성 평가는 KS F2204 『목재의 흡수량 측정 방법』을 참고하여 실험하였으며, 30 mm x 30mm 시험면(횡단면)을 25℃ 증류수에 24시간 침적하여 수분 흡수량을 측정하여 비교하였다(Figure 5). 수분 흡수량은 침지 완료 후의 시편 중량(W1, 단위 g)에서 유지류 코팅 후의 시편의 중량(W2, 단위 g)을 빼고, 흡수면의 총면적(A, 단위 cm2)으로 나눠서 계산하였다.
- 실험 규격은 KS F2204 「목재의 흡수량 측정 방법」을 참조하였으며, 100mm(L, 길이방향) × 30mm × 30mm로 두면을 곧은결 단면인 직육면체로 하였다.
성능/효과
- 1. 목조건축물의 표면 방수 성능을 개선하기 위해 유지류 5종의 방수 성능을 평가한 결과, 천연유지류는 대조군과 비교하여 섬유방향에서 79.2%, 섬유직교방향에서 49.6%의 방수 성능을 나타냈다. 특히 동유는 오일스테인 2종과 가장 유사한 성능을 나타냈으며, 이에 현장에서 적용하기에 가장 우수한 천연유지류로 판단된다.
- 2. 추가 실내 컨디셔닝을 2년 동안 실시한 목재는 섬유 방향에서 수분의 흡수량이 약 26.8% 증가하였으며, 동일한 방법으로 처리한 유지류의 방수 성능이 약 8.8% 감소하였다. 이에 옥외에 노출되어 흡탈습의 반복에 의한 건조결함 발생에 따라 유지류 코팅의 방수 성능이 감소할 것으로 판단되며, 시간경과에 따라 목부재의 유지류 코팅의 횟수 및 주기 등의 검토가 필요하다.
- 2년 동안 AIC한 목재의 유지류 코팅 성능을 비교한 결과, 들기름을 제외한 4종의 유지류에서 평균 12.7%의 방수성능이 저하됐다. 이는 건조결함이 발생한 부위는 유지류가 피막을 형성할 수 없어 방수 성능이 저하됐을 것으로 판단된다(Figure 9).
- 3. 유지류를 중탕하여 사용할 경우 약 5.0%의 방수 성능을 개선할 수 있으며, 현장에서 유지류 코팅을 할 경우에 중탕하여 사용하는 것이 방수 성능을 높이는데 유리하다. 특히 아마인유는 중탕하여 사용할 경우 9.
- 60℃로 중탕하여 유지류를 코팅한 결과, 천연유지류의 경우 평균 흡수량은 0.36g/cm2, 평균 방수율은 74.7%로 나타났다. 또한 오일스테인의 경우 평균 흡수량은 0.
- 약 2년 동안 AIC하여 발생한 건조결함을 확인하기 위해, 대조군의 방수 성능 실험을 반복하여 건조결함을 확인하였다. 대조군 평균 수분 흡수량에 약 3~4배에 달하는 시료는 전체시의 약 28.3%로 나타났다. 이들 시료는 횡단면상에 방사방향으로 갈라진 할렬을 육안으로 확인할 수 있었다.
- 이들 시료는 횡단면상에 방사방향으로 갈라진 할렬을 육안으로 확인할 수 있었다. 대조군의 평균 수분 흡수량은 반복실험을 통해 보정하여 평균을 계산하였으며(1.42 g/cm2), 이는 AIC 이전의 목재의 섬유방향 흡수량(1.12 g/cm2)에 비해 27.4% 증가한 결과를 나타냈다(Table 5, 7). 목재는 흡습과 탈습을 반복하면 수착이력현상에 의해 평형함수율은 감소하고 점차 흡습하는 능력이 떨어지는 것으로 알려져 있다(Kang et al.
- 7%로 나타났다. 또한 오일스테인의 경우 평균 흡수량은 0.19g/cm2, 방수율은 86.5%이며, 천연유지류에 비해 오일스테인의 방수성능이 비교적 우수한 것으로 나타났다(Table 8).
- 섬유방향의 대조군 실험을 실시한 결과, 일부 시편에서 평균값의 약 3~4배에 달하는 매우 높은 흡수량을 나타냈다. 이에 목재 시편을 제작하는 과정에서 발생한 건조결함이 실험 결과에 영향을 주는 것으로 판단하여, 대조군의 반복실험을 통해 약 10%의 시료에서 건조결함이 크게 발생하여 실험에 영향을 주는 것으로 판단했다.
- 6%로 나타났다(Table 6). 섬유직교방향의 방수 성능은 섬유방향에 비해 비교적 낮은 결과를 나타냈으며, 천연유지류의 방수 성능은 오일스테인에 약 25.5% 낮은 결과를 나타냈다(Figure 8).
- 6% 정도로 낮게 나타났으며, 이에 흡수량은 10-3g/cm2까지 계산하여 비교하였다. 섬유직교방향의 천연유지류 코팅에 따른 수분 흡수량은 평균 0.031g/cm2, 방수율은 평균 49.6%로 나타났으며, 동유, 들기름, 아마인유 순으로 우수한 성능을 나타냈다. 오일스테인의 경우 수분 흡수량은 평균 0.
- 6%로 나타났으며, 동유, 들기름, 아마인유 순으로 우수한 성능을 나타냈다. 오일스테인의 경우 수분 흡수량은 평균 0.016g/cm2, 방수율은 평균 89.6%로 나타났다(Table 6). 섬유직교방향의 방수 성능은 섬유방향에 비해 비교적 낮은 결과를 나타냈으며, 천연유지류의 방수 성능은 오일스테인에 약 25.
- 섬유방향의 대조군 실험을 실시한 결과, 일부 시편에서 평균값의 약 3~4배에 달하는 매우 높은 흡수량을 나타냈다. 이에 목재 시편을 제작하는 과정에서 발생한 건조결함이 실험 결과에 영향을 주는 것으로 판단하여, 대조군의 반복실험을 통해 약 10%의 시료에서 건조결함이 크게 발생하여 실험에 영향을 주는 것으로 판단했다. 이에 섬유방향의 실험에서 대조군의 흡수량보다 높게 나타나는 시편에 대해서는 반복실험을 통해 결과를 보정하였다.
- 중탕하여 코팅한 모든 유지류의 방수 성능이 개선된 것으로 나타났다. 천연유지류의 경우 들기름, 동유는 중탕 여부에 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났으나, 아마인유의 경우 9.
- 중탕하여 코팅한 모든 유지류의 방수 성능이 개선된 것으로 나타났다. 천연유지류의 경우 들기름, 동유는 중탕 여부에 큰 영향을 받지 않는 것으로 나타났으나, 아마인유의 경우 9.6%의 방수 성능이 개선됐다. 또한 오일스테인 2종의 경우 B사의 오일스테인은 방수 성능이 크게 개선되지 않았으나, S사의 오일스테인은 9.
- )을 넣어 계산하여 평가하였다. 천연유지류의 경우 수분 흡수량은 평균 0.23g/cm2, 방수율은 평균 79.2%로 나타났으며, 동유, 아마인유, 들기름 순으로 성능이 우수하다. 오일스테인의 경우 수분 흡수량은 평균 0.
- 6%의 방수 성능을 나타냈다. 특히 동유는 오일스테인 2종과 가장 유사한 성능을 나타냈으며, 이에 현장에서 적용하기에 가장 우수한 천연유지류로 판단된다. 오일스테인은 천연유지류에 비해 비교적 높은 방수 성능을 나타냈으나, 오일스테인에 포함된 성분이 목조문화재의 단청을 변색시킬 우려가 있기 때문에 적용에 대한 검토가 필요하다.
후속연구
- 이에 옥외에 노출되어 흡탈습의 반복에 의한 건조결함 발생에 따라 유지류 코팅의 방수 성능이 감소할 것으로 판단되며, 시간경과에 따라 목부재의 유지류 코팅의 횟수 및 주기 등의 검토가 필요하다. 아울러 향후 목조문화재와 유사한 조건의 옥외폭로 실험을 통해, 옥외에 노출된 목부재에 발생한 열화 및 건조결함 등이 코팅성능에 주는 영향에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
- 8% 감소하였다. 이에 옥외에 노출되어 흡탈습의 반복에 의한 건조결함 발생에 따라 유지류 코팅의 방수 성능이 감소할 것으로 판단되며, 시간경과에 따라 목부재의 유지류 코팅의 횟수 및 주기 등의 검토가 필요하다. 아울러 향후 목조문화재와 유사한 조건의 옥외폭로 실험을 통해, 옥외에 노출된 목부재에 발생한 열화 및 건조결함 등이 코팅성능에 주는 영향에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.
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